JPH06295953A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、多層構造の形成に関す
る。更に具体的に述べるならば,本発明は、絶縁基板上
に絶縁された半導体メサを形成することに関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to the formation of multilayer structures. More specifically, the present invention relates to forming insulated semiconductor mesas on an insulating substrate.
【0002】本発明に関連するのは、S.Ogura,
N.rovedo及びG.W.Doerreにより発明
され、1992年4月30日に米国で出願され、出願番
号が07/876,598であり、名称が"Metho
d of FormingThin Silicon
Mesa Having Uniform Thick
ness"である、本出願人の特許出願である。この特
許出願は、シリコン・メサ相互間の大きなワイヤリング
・チャネル・スペースの耐研磨性の窒化シリコンを用い
た絶縁物上にシリコン・メサを形成することに関する。Relevant to the present invention is S. Ogura,
N. Rovedo and G.L. W. Invented by Doerre and filed in the US on April 30, 1992, application number 07 / 876,598 and is titled "Metho
d of Forming Thin Silicon
Mesa Having Uniform Thick
Applicant's patent application for "ness." This patent application forms a silicon mesa on an insulator using abrasion resistant silicon nitride with large wiring channel spaces between silicon mesas. Regarding what to do.
【0003】[0003]
【従来の技術】一般にCMOS装置として知られている
相補型の電界効果トランジスタの製造においては、各装
置が形成される高度に絶縁された装置領域を形成するこ
とが望ましい。過去においては、このような装置領域
は、共通シリコン基板内に形成され,そして基板の領域
を選択的に酸化することにより若しくは選択的にドーピ
ングすることにより、電気的絶縁が基板内に与えられ
た。In the manufacture of complementary field effect transistors, commonly known as CMOS devices, it is desirable to form the highly isolated device regions in which each device is formed. In the past, such device regions were formed in a common silicon substrate, and electrical isolation was provided in the substrate by selectively oxidizing or selectively doping regions of the substrate. .
【0004】更に最近では、例えば2酸化シリコンのよ
うな絶縁基板の上に小さなシリコンの装置領域を形成す
ることが知られている。シリコン装置領域相互間の電気
的な絶縁を完成するために、シリコン装置領域相互間に
絶縁材料が形成され、そしてこの絶縁されたシリコン装
置領域にCMOS装置が形成される。More recently, it has been known to form small silicon device regions on an insulating substrate such as silicon dioxide. To complete the electrical isolation between the silicon device regions, an insulating material is formed between the silicon device regions and a CMOS device is formed in the insulated silicon device regions.
【0005】シリコン・オン・インシュレータ(SO
I)として知られているこの構造は、高度に絶縁された
装置領域従って高度に絶縁された高いパフォーマンスの
CMOS装置を生じる。SOI構造を用いて形成された
CMOS装置は、非常に低い寄生容量及びラッチ・アッ
プに対する良好な耐久性を有する。寄生容量を最小にす
ること及びラッチ・アップに対する耐久性を増大するこ
とは、CMOS装置及びこれにより形成される回路の動
作特性を著しく改善する。Silicon-on-insulator (SO
This structure, known as I), results in a highly isolated device area and thus a highly isolated high performance CMOS device. CMOS devices formed using the SOI structure have very low parasitic capacitance and good resistance to latch-up. Minimizing the parasitic capacitance and increasing the resistance to latch-up significantly improve the operating characteristics of CMOS devices and the circuits formed thereby.
【0006】これらのSOI装置の形成においては、こ
れらを一様な厚さ、一般的には20−100nmのレン
ジの厚さにし,そして厚さの変動が5−10%よりも大
きくならないようにすることが必要である。厚さが大き
く変動すると、装置の特性が変動するばかりでなく、例
えばスタッドの形成の如き後続の処理を更に困難にす
る。In forming these SOI devices, they are made to a uniform thickness, typically in the range of 20-100 nm, and the thickness variation is not greater than 5-10%. It is necessary to. Large variations in thickness not only change the characteristics of the device, but also make subsequent processing more difficult, such as forming studs.
【0007】SOI装置領域の一様な厚さに加えて、S
OI装置領域相互間に配置された絶縁材料が、良好な一
体性を有しなければ成らない。即ち、これが、下側の基
板及び装置領域の側面に一致して電気的な電気的な漏洩
を最小にしなければならない。In addition to the uniform thickness of the SOI device area, S
The insulating material placed between the OI device areas must have good integrity. That is, it must conform to the sides of the underlying substrate and device areas to minimize electrical and electrical leakage.
【0008】従来認識されてきた1つの問題点は、研磨
の際に、シリコン装置領域が,或る必要とされる薄くて
一様な高さよりも低くなることである。本願の出願人の
米国特許第4,735,679号は,薄いタングステン
の研磨停止層がシリコン・メサ相互間の溝に置かれてい
るSOI構造の形成方法を示す。次いで、シリコン・メ
サは研磨され、ここで、化学−機械的な研磨プロセスを
用いて、タングステンを越えるシリコンを選択的に除去
し、そしてタングステン層の上で停止させる。次いで、
タングステンが除去されシリコン・メサ内の装置の処理
が行われる。One previously recognized problem is that during polishing, the silicon device area falls below some required thin, uniform height. Applicant's US Pat. No. 4,735,679 shows a method of forming an SOI structure in which a thin tungsten polish stop layer is placed in the trench between the silicon mesas. The silicon mesa is then polished, where a chemical-mechanical polishing process is used to selectively remove silicon over tungsten and stop on the tungsten layer. Then
The tungsten is removed and processing of the device in the silicon mesa is performed.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】SOI構造を形成する
種々なプロセスが知られているが、一様で且つ薄いシリ
コン装置領域を有するこのような構造を形成すること
は、極めて困難である。更に、シリコン装置領域相互間
の絶縁材料により形成される電気的な絶縁が,漏洩電流
を最小にするようにされているSOI構造を形成するこ
とが困難である。Although various processes for forming SOI structures are known, forming such structures with uniform and thin silicon device regions is extremely difficult. Furthermore, it is difficult to form an SOI structure in which the electrical insulation formed by the insulating material between the silicon device regions is such that leakage current is minimized.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の主な目的は、薄
くて且つ一様な厚さの半導体メサを有する、絶縁物上に
半導体を設けた構造を形成する方法を提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is a primary object of the present invention to provide a method of forming a semiconductor-on-insulator structure having a thin and uniform thickness of semiconductor mesas. .
【0011】本発明の他の目的は、半導体メサ相互間の
高度な電気的絶縁を有する、絶縁物上に半導体を設けた
構造を形成する方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor-on-insulator structure having a high degree of electrical isolation between semiconductor mesas.
【0012】本発明の他の目的は、半導体メサ相互間の
電気的漏洩が非常に低い、絶縁物上に半導体を設けた構
造を形成する方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor-on-insulator structure in which electrical leakage between semiconductor mesas is very low.
【0013】本発明の他の目的は、寄生的なソース・ツ
ゥ・ドレイン漏洩が非常に低い、絶縁物上に半導体を設
けた構造を形成する方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor-on-insulator structure with very low parasitic source-to-drain leakage.
【0014】本発明の他の目的は、上述の特性を有し、
そして通常利用可能な半導体処理技法、プロセス及び装
置を用いて低コストで効率的に製造されうる、絶縁物上
に半導体を設けた構造を提供することである。Another object of the invention is to have the above characteristics,
And to provide a semiconductor-on-insulator structure that can be efficiently manufactured at low cost using commonly available semiconductor processing techniques, processes and equipment.
【0015】本発明に従うと、平坦な表面を有する絶縁
材料を含む絶縁基板を与え、半導体材料の複数個の装置
メサ及びダミー・メサを含む複数個のメサを互いに間隔
をおいて上記基板の表面上に形成し、上記基板の表面上
の上記メサ相互間の間隔により規定される溝内に少なく
とも1つの選択された材料の研摩停止構造を形成し、上
記複数個のメサの厚さを上記研摩停止構造の厚さと同じ
にするように,上記複数個のメサを上記研摩停止層まで
研摩し、上記装置メサ相互間を互いに電気的に絶縁する
ように,上記ダミー・メサを絶縁材料に取り替えること
を含む半導体装置の製造方法が提供される。In accordance with the present invention, an insulating substrate comprising an insulating material having a flat surface is provided, wherein a plurality of device mesas of semiconductor material and a plurality of mesas including dummy mesas are spaced from each other. Forming a polishing stop structure of at least one selected material in a groove formed thereon and defined by the spacing between the mesas on the surface of the substrate; Polishing the plurality of mesas to the polishing stop layer to the same thickness as the stop structure and replacing the dummy mesas with an insulating material to electrically insulate the device mesas from each other. There is provided a method of manufacturing a semiconductor device including:
【0016】[0016]
【実施例】図を参照するに、図1は、シリコン基板22
を含む、絶縁物上にシリコンを形成した(SOI)構造
20を示す。絶縁材料の層24(この例では2酸化シリ
コン)が、基板22の上側表面に配置されている。半導
体材料(この例では単結晶シリコン)のパターン化され
た層26が、絶縁層24の上に形成される。本発明に従
うと、シリコン層26は、装置領域即ち装置メサ26
A、及び複数個の隣接するダミー・メサ26Bを形成す
るように、パターン化される。メサを通って絶縁層24
の上の表面まで延びる溝27は、装置メサ26A及びダ
ミー・メサ26Bを間隔づける。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to the drawings, FIG.
2 shows a silicon-on-insulator (SOI) structure 20 including. A layer of insulating material 24 (silicon dioxide in this example) is disposed on the upper surface of substrate 22. A patterned layer 26 of semiconductor material (monocrystalline silicon in this example) is formed over the insulating layer 24. In accordance with the present invention, the silicon layer 26 is a device area or device mesa 26.
A, and patterned to form a plurality of adjacent dummy mesas 26B. Insulating layer 24 through the mesa
A groove 27 that extends to the surface above the device spaces the device mesas 26A and the dummy mesas 26B.
【0017】実際において、基本的なSOI構造は、商
業的に入手可能である。この基本的構造は,シリコン基
板22、基板22に接着され2酸化シリコンのような絶
縁物の層24及び例えば層26のような単結晶シリコン
層を含む。絶縁層24は、100−1000nm(+/
−5%)のレンジの非常に一様な厚さそして非常に平た
んな上側表面を有する。シリコン層26は、これを形成
するプロセスの性格上、厚さの一様性は小さい。例え
ば、シリコン層26は、2.0ミクロンの公称厚さを有
し、そしてその変動は+/−0.5ミクロンである。図
1に示す構造20を形成するために、シリコン層26
は、標準的なフォトレジスト・マスキング及び異方性エ
ッチングを用いてパターン化される.溝27がエッチさ
れるべき領域を露出するように最初に通常型のフォトレ
ジスト・マスクが形成される。絶縁層24の上のシリコ
ン層に対して選択的に働くエッチング液が使用され、そ
の結果エッチ・プロセスは、それ程時間に敏感でない。
シリコン層26を選択的にエッチし、そして2酸化シリ
コン上で停止するために、例えばCl2、若しくはHC
l若しくはHBrのようなドライ・エッチャントを用い
る反応性イオン・エッチング・プロセスが用いられう
る。図1では、結果的なメサ26A及び26Bの厚さの
非一様性が示されている。In practice, the basic SOI structure is commercially available. This basic structure comprises a silicon substrate 22, a layer of insulator 24 adhered to the substrate 22 such as silicon dioxide and a monocrystalline silicon layer such as layer 26. The insulating layer 24 has a thickness of 100-1000 nm (+ /
-5%) with a very uniform thickness and a very flat upper surface. Due to the nature of the process of forming the silicon layer 26, the thickness uniformity is small. For example, the silicon layer 26 has a nominal thickness of 2.0 microns and the variation is +/- 0.5 microns. To form the structure 20 shown in FIG.
Is patterned using standard photoresist masking and anisotropic etching. A conventional photoresist mask is first formed so that the trenches 27 expose the areas to be etched. An etchant that works selectively with respect to the silicon layer on top of the insulating layer 24 is used so that the etch process is not very time sensitive.
For selectively etching the silicon layer 26 and stopping on silicon dioxide, for example Cl 2 or HC
A reactive ion etching process using a dry etchant such as 1 or HBr can be used. In FIG. 1, the resulting thickness non-uniformity of mesas 26A and 26B is shown.
【0018】実際において、SOI構造20の上には数
多くの装置メサ26Aが存在する。CMOS集積回路チ
ップでは、代表的には、CMOS装置がチップの80%
に達するほど存在する。かくして、上述したように、全
ての装置領域26Aを一様な厚さに平面化することが必
要である。高パフォーマンスのCMOS装置を与えるに
望ましい装置メサ26Aの厚さは、80nmになるべく
選択される。これと異なる目的に対しては、上記のと異
なる厚さが選択される事が明らかである。In practice, there are numerous device mesas 26A above the SOI structure 20. In a CMOS integrated circuit chip, a CMOS device is typically 80% of the chip.
Exists to reach. Thus, as mentioned above, it is necessary to planarize all device areas 26A to a uniform thickness. The desired device mesa 26A thickness to provide high performance CMOS devices is chosen to be 80 nm. Obviously, for different purposes, different thicknesses will be chosen.
【0019】かくして、装置メサ26Aの厚さを、これ
の初期の厚さ約2000nmから80nmの一様な厚さ
まで薄くすることが必要である。本発明に従うと、本発
明のプロセスのキーの部分としてダミー・メサ26Bが
利用される。Thus, it is necessary to reduce the thickness of device mesa 26A from its initial thickness of about 2000 nm to a uniform thickness of 80 nm. In accordance with the present invention, dummy mesas 26B are utilized as a key part of the inventive process.
【0020】本発明を説明するために、図2−7は、装
置メサ26Aの部分的な拡大領域を示す。説明するプロ
セスは,SOI構造の上側表面全体に作用することが明
らかである。To illustrate the present invention, FIGS. 2-7 show a partial enlarged area of device mesa 26A. It is clear that the described process operates on the entire upper surface of the SOI structure.
【0021】図2を参照するに、多結晶シリコン(ポリ
シリコン)の層28が、構造の表面に沿って40nmの
厚さに付着される。ポリシリコン層28は、シラン(S
iH 4)を用いる標準的な化学的蒸着(CVD)を用い
て形成される。Referring to FIG. 2, polycrystalline silicon (polysilicon
A layer 28 of silicon) of 40 nm along the surface of the structure
Attached to thickness. The polysilicon layer 28 is made of silane (S
iH Four) Using standard chemical vapor deposition (CVD)
Formed.
【0022】窒化シリコン層30及びポリシリコン層3
2が、ポリシリコン層28の上に逐次的に付着される。
窒化シリコン層30は、例えばSiCl2H2+NH3の
ような標準的なCVDプロセスを使用して40nmの厚
さに形成される。ポリシリコン層32は、上述のポリシ
リコンCVDプロセスを使用して、約100nmの厚さ
に形成される。Silicon nitride layer 30 and polysilicon layer 3
2 are sequentially deposited on the polysilicon layer 28.
The silicon nitride layer 30 is formed to a thickness of 40 nm using a standard CVD process such as SiCl 2 H 2 + NH 3 . Polysilicon layer 32 is formed to a thickness of approximately 100 nm using the polysilicon CVD process described above.
【0023】尚、図2を参照すると,窒化シリコン層
(図示せず)が、上述の窒化シリコンCVDプロセスを
用いることによりポリシリコン層32の上に60nmの
厚さに付着される。この最後の窒化シリコン層は、例え
ばCHF3/O2エッチャントを使用するドライRIEプ
ロセスを用いて、異方性食刻(ポリシリコンに対して選
択的に)される。Still referring to FIG. 2, a silicon nitride layer (not shown) is deposited to a thickness of 60 nm on the polysilicon layer 32 by using the silicon nitride CVD process described above. This last silicon nitride layer is anisotropically etched (selective to polysilicon) using, for example, a dry RIE process using a CHF 3 / O 2 etchant.
【0024】次に図3を参照するに、この構造は、酸化
雰囲気内に入れられ,これにより、ポリシリコン層32
のうち露出された領域は2酸化シリコン32Aに変換さ
れる。この酸化雰囲気は、例えば、酸素及び水の蒸気の
雰囲気を含むことができる。層32は、最初上述の厚さ
に形成されており、酸化された領域32Aは、元のポリ
シリコンの厚さの約2.2倍の非常に一様な厚さ(すな
わち220nm)になる。Referring now to FIG. 3, the structure is placed in an oxidizing atmosphere, which results in polysilicon layer 32.
The exposed region is converted into silicon dioxide 32A. This oxidizing atmosphere can include, for example, an atmosphere of oxygen and water vapor. Layer 32 was initially formed to the thickness described above, and the oxidized region 32A has a very uniform thickness (ie 220 nm), which is about 2.2 times the thickness of the original polysilicon.
【0025】次に図4を参照すると、2酸化シリコン及
びポリシリコンよりも窒化シリコンに対して選択的な、
ウエット・エッチが使用されて、窒化シリコンの側壁3
4を除去する。このエッチは、例えばH3PO4を使用す
ることができる。次に、2酸化シリコン及び窒化シリコ
ンよりもポリシリコンに対して選択的なドライ・エッチ
が使用されて、ポリシリコン層のうち保護されていない
領域を除去する。これらの保護されていない領域は、窒
化シリコンの除去により露出される。このエッチは、S
F6プラズマを用いるドライ・エッチにより行われるこ
とができる。装置メサ26Aの窒化シリコン層30の露
出された側壁は、2酸化シリコンよりも窒化シリコンに
対して選択的なウエッと・エッチ例えばH3PO4により
除去される。結果的な構造が、図4に示される。Referring now to FIG. 4, selective to silicon nitride over silicon dioxide and polysilicon,
A wet etch is used to form the silicon nitride sidewall 3
Remove 4. This etch can use, for example, H 3 PO 4 . Next, a dry etch selective to polysilicon over silicon dioxide and silicon nitride is used to remove the unprotected areas of the polysilicon layer. These unprotected areas are exposed by the removal of silicon nitride. This etch is S
It can be done by dry etch using F 6 plasma. The exposed sidewalls of the silicon nitride layer 30 of the device mesa 26A are removed by a wet etch, such as H 3 PO 4 , which is selective to silicon nitride over silicon dioxide. The resulting structure is shown in FIG.
【0026】次に、図5を参照すると、装置メサ26A
及びダミー・メサ26Bの一番上の表面の上の2酸化シ
リコン層32A、窒化シリコン層30及びポリシコン層
28を除去するために、非選択的な研磨が使用される。
この研磨は、KOH−安定化されたコロイダル・シリカ
溶液の化学−機械的な研磨プロセスを使用して行われる
ことができる。又、この研磨ステップは、メサ26A及
び26Bの上側部分を幾らか除去するが、溝27内の2
酸化シリコン層32Aに到達する前に停止される。結果
的な構造が図5に示される。Referring now to FIG. 5, device mesa 26A.
And non-selective polishing is used to remove the silicon dioxide layer 32A, the silicon nitride layer 30 and the polysilicon layer 28 on the top surface of the dummy mesas 26B.
This polishing can be performed using a KOH-stabilized colloidal silica solution chemo-mechanical polishing process. This polishing step also removes some of the upper portion of mesas 26A and 26B, but does
It is stopped before reaching the silicon oxide layer 32A. The resulting structure is shown in FIG.
【0027】かくして、上述の非選択的な研磨ステップ
では、ダミー・メサ26Bは、溝27内の研磨停止層3
0及び32Aとなるものを保護する働きをする。Thus, in the above-described non-selective polishing step, the dummy mesas 26B have the polishing stop layer 3 in the groove 27.
It serves to protect what is 0 and 32A.
【0028】図6を参照すると,ダミー・メサ26B及
びシリコン・メサ26Aの上側部分を、溝27内の2酸
化シリコンの研摩停止層32Aの上側表面のところで停
止するまで除去するように最初の選択的な研磨が行われ
る。この選択的な研摩は、NH4OH−安定化されたコ
ロイダル・シリカ・スラリィを利用する化学−機械的な
プロセスが望ましい。メサ26A及び26Bは,溝27
内の層28、30及び32Aの合計の厚さ即ち300n
mに等しい厚さ即ち高さを有することに注目されたい。
この構造の上のダミー・メサ26Bを含ませることによ
り,ダミー・メサ及び装置メサの厚さは非常に一様にさ
れる。実際に、実験が示すところによると、上述のプロ
セスにおけるメサ26A及び26Bの厚さの一様性を,
約+/−15nm内に制御することが可能であった。Referring to FIG. 6, an initial selection is made to remove the upper portions of the dummy mesas 26B and the silicon mesas 26A until they stop at the upper surface of the silicon dioxide polish stop layer 32A in the trench 27. Polishing is performed. The selective polishing is, NH 4 OH @ - stabilized chemically using a colloidal silica Suraryi - mechanical process is desirable. The mesas 26A and 26B have grooves 27
The total thickness of the layers 28, 30 and 32A within, ie 300n
Note that it has a thickness or height equal to m.
By including a dummy mesa 26B on top of this structure, the thickness of the dummy and device mesas is made very uniform. In fact, experiments have shown that the thickness uniformity of mesas 26A and 26B in the above process is:
It was possible to control within about +/- 15 nm.
【0029】この時点で、もしも或る選択された装置メ
サ26A若しくはダミー・メサ26Bを,上記の厚さに
保つことが望まれるならば、これらの選択された装置を
含む構造の部分は、保護的にマスクされる。このマスキ
ングは、レジスト・マスクを形成する標準的なフォトリ
ソグラフィック処理技法を用いてなされる。さもなけれ
ば、上記構造は、次に述べるステップに従って処理され
る。At this point, if it is desired to keep certain selected device mesas 26A or dummy mesas 26B at the above thickness, the portion of the structure containing these selected devices is protected. Masked. This masking is done using standard photolithographic processing techniques to form the resist mask. Otherwise, the above structure is processed according to the steps described below.
【0030】図7を参照すると、第1の研摩停止層32
Aが選択的に除去されて,これの下側の窒化シリコンの
研摩停止層30及びシリコン領域26A及び26Bを露
出する。この除去は、例えば、HF溶液を使用して行わ
れる。次いで、窒化シリコンよりもシリコンに対して選
択的な研摩プロセスを用いて第2の選択的な研摩が行わ
れる.かくして、メサ26A及び26Bは、研摩停止層
32Aの厚さに亙って、溝27内の第2の研摩停止層で
ある窒化シリコン層30まで下方に研摩される。この第
2の研摩は、NH4OH−安定化されたコロイダル・ス
ラリィを用いる化学−機械的研摩プロセスを使用して行
われることが望ましい。この時点で、メサ26A及び2
6の厚さは、溝27内のポリシリコン層28及び窒化シ
リコン層30の合計の厚さ即ち80nmであることに注
目されたい。実験によると、ダミー・メサ26B及び第
2の選択的な研摩ステップを含むプロセスを使用する
と、全てのメサの厚さの一様性を、約+/−3.0nm
に制御することが可能であることが判明した。Referring to FIG. 7, the first polish stop layer 32.
A is selectively removed to expose the underlying silicon nitride polish stop layer 30 and silicon regions 26A and 26B. This removal is performed using, for example, an HF solution. A second selective polish is then performed using a polishing process that is selective to silicon over silicon nitride. Thus, the mesas 26A and 26B are polished down through the thickness of the polish stop layer 32A down to the second polish stop layer, the silicon nitride layer 30, in the groove 27. The second abrasive is a chemical used NH 4 OH @ - stabilized colloidal Suraryi - it is preferably performed by using a mechanical polishing process. At this point, mesas 26A and 2
Note that the thickness of 6 is the total thickness of polysilicon layer 28 and silicon nitride layer 30 in trench 27 or 80 nm. Experiments have shown that using a process that includes a dummy mesa 26B and a second selective polishing step, the thickness uniformity of all mesas is about +/- 3.0 nm.
It turned out that it is possible to control.
【0031】もしも,この構造の任意の領域がフォトレ
ジスト・マスクを含んでいて,これによってこの領域の
メサの厚さが、図7に関して述べた厚さよりも大きけれ
ば,このフォトレジスト・マスクは通常の方法により除
去される。このようにマスクされていたメサは、上述の
大きな厚さの一様な寸法を有し,従って、この場合に
は、厚いメサ薄いメサとがこの構造上に存在する。If any region of the structure contains a photoresist mask, so that the thickness of the mesas in this region is greater than the thickness described with respect to FIG. It is removed by the method of. The mesas thus masked have the uniform dimensions of the large thicknesses mentioned above, so that in this case thick mesas and thin mesas are present on this structure.
【0032】上述の説明から、メサ26A及び26Bの
結果的な厚さは、溝27内に付着された研摩停止層の厚
さとほぼ同じ誤差に制御されうることが明らかである。
かくして,これは高度に制御可能なプロセスであること
が分かる。From the above description, it is clear that the resulting thickness of mesas 26A and 26B can be controlled to about the same error as the thickness of the polish stop layer deposited in groove 27.
Thus, it turns out that this is a highly controllable process.
【0033】図8を参照するに、図2乃至7に関して述
べた処理及び研摩ステップを受けた図1のSOI構造2
0が示されている。ダミー及び装置メサ26B及び26
Aは、夫々上述の一様な厚さにまで平面化されている。
メサ26A及び26Bの相互間の溝27には、ポリシリ
コン層28及びこれの上側の窒化シリコン層30が存在
している。Referring to FIG. 8, the SOI structure 2 of FIG. 1 which has undergone the processing and polishing steps described with respect to FIGS.
0 is shown. Dummy and device mesas 26B and 26
A is flattened to the above-mentioned uniform thickness.
In the groove 27 between the mesas 26A and 26B, there is a polysilicon layer 28 and a silicon nitride layer 30 above it.
【0034】図9を参照するに、シリコン及びポリシリ
コンよりも窒化シリコンに対して選択的なエッチ例えば
H3PO4のようなウエット・エッチが、溝27内の窒化
シリコン30の残留部分を除去するために用いられる。
かくして、ポリシリコン層28が、周囲雰囲気に対して
露出される。次に、窒化シリコンの保護マスク36が装
置メサ26Aの上に形成され、メサの能動装置領域とな
る部分を覆う。マスク36は、前述の窒化シリコンのC
VDプロセス及び装置メサ26Aのみを露出する通常の
フォトレジスト・マスキング技法を用いることにより形
成される。装置メサ26Aの上側表面にこれよりもわず
かに小さい面積の領域を覆うようにマスク36が形成さ
れることが、図9から明らかである。Referring to FIG. 9, an etch selective to silicon nitride over silicon and polysilicon, such as a wet etch such as H 3 PO 4 , removes the remaining portion of silicon nitride 30 in trench 27. It is used to
Thus, the polysilicon layer 28 is exposed to the ambient atmosphere. Next, a silicon nitride protective mask 36 is formed over the device mesas 26A, covering the portions of the mesas that will be the active device regions. The mask 36 is made of the above-mentioned silicon nitride C.
It is formed by using a VD process and conventional photoresist masking techniques that expose only device mesas 26A. It is clear from FIG. 9 that the mask 36 is formed on the upper surface of the device mesa 26A so as to cover the region having a slightly smaller area than this.
【0035】図10を参照すると、本発明のキーの概念
に従い、ダミー・メサ26B及び残りのポリシリコン層
部分28を含む図9の構造は、酸化雰囲気にさらされ
る。この雰囲気は、例えば酸素及び水の蒸気の雰囲気で
もよい。Referring to FIG. 10, in accordance with the key concepts of the present invention, the structure of FIG. 9 including dummy mesa 26B and remaining polysilicon layer portion 28 is exposed to an oxidizing atmosphere. This atmosphere may be an atmosphere of oxygen and water vapor, for example.
【0036】かくして、ダミー・メサ26B、残存する
ポリシリコン層部分28及び装置領域26Aのうちマス
クされていないエッジは、絶縁性の2酸化シリコンの層
38に変換される。変換されたダミー・メサは38Aで
示され、一方変換されたポリシリコン層は38Bで示さ
れている。かくして、各装置メサ26Aは,これと同じ
他の装置メサから電気的に絶縁される。Thus, the unmasked edges of dummy mesa 26B, remaining polysilicon layer portion 28 and device region 26A are converted to an insulating layer of silicon dioxide 38. The converted dummy mesas are shown at 38A, while the converted polysilicon layers are shown at 38B. Thus, each device mesa 26A is electrically isolated from the same other device mesas as this.
【0037】更に,上述のプロセスに従うと、図10の
完成された構造において示されている能動装置メサ26
Aは、図9以前に示されている装置メサよりもわずかに
小さい。これは、上述したようにマスク36の寸法に基
づくものであり、そして本発明の発明者は、ソース・ツ
ゥ・ドレイン漏洩電流が非常に減少されたCMOS装置
を実現できることを見いだした。Further, following the process described above, the active device mesa 26 shown in the completed structure of FIG.
A is slightly smaller than the device mesa shown before FIG. This is based on the dimensions of the mask 36, as described above, and the inventors of the present invention have found that a CMOS device with significantly reduced source to drain leakage current can be realized.
【0038】ダミー・メサ26B及びポリシリコン層の
部分28を一体的な2酸化シリコン層に変換する本発明
の方法は、メサ相互間の漏洩電流が非常に低い絶縁され
た装置メサ26Aをもたらす。The inventive method of converting the dummy mesas 26B and the portion 28 of the polysilicon layer into an integral silicon dioxide layer results in an isolated device mesa 26A having very low leakage current between mesas.
【0039】次いで、図10に示される構造は、装置メ
サ26A内に例えばCMOS装置のような能動半導体装
置を支持するために使用される。このような能動半導体
装置を形成するための種々なプロセス及び構造は,当業
者にとって明らかである。The structure shown in FIG. 10 is then used to support active semiconductor devices, such as CMOS devices, within device mesas 26A. Various processes and structures for forming such active semiconductor devices will be apparent to those skilled in the art.
【0040】かくして、シリコン装置領域/メサが、高
度に一様な厚さ及び高度な電気的絶縁性を示すSOI構
造を形成する方法が提供される。このプロセスは、一様
な厚さを生じるための選択的な研摩プロセスを正確に制
御するためにダミー・メサを高度に制御可能な研摩停止
層とともに使用する。ダミー・メサ及び研摩停止層の残
存部分を絶縁層へ変換することは、高集積度で且つ低漏
洩電流の絶縁構造を生じる。Thus, a method is provided for forming an SOI structure in which the silicon device regions / mesas exhibit a highly uniform thickness and a high degree of electrical isolation. This process uses dummy mesas with a highly controllable polish stop layer to precisely control the selective polish process to produce a uniform thickness. Converting the remaining portions of the dummy mesas and the polish stop layer into an insulating layer results in a highly integrated and low leakage current insulating structure.
【0041】本発明は、集積回路の形成に用いられるこ
とができ、特に大規模なCMOS集積回路のための基板
の形成に用いられることができる。The present invention can be used in the formation of integrated circuits, especially in the formation of substrates for large scale CMOS integrated circuits.
【0042】本発明は、特定な実施例に関して説明され
たが,これに限定されるものではない。本発明の範囲内
の種々な修正、変更及び改善が可能であることは、当業
者において明らかである。Although the present invention has been described with respect to particular embodiments, it is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, changes and improvements within the scope of the present invention are possible.
【0043】[0043]
【発明の効果】上述したように、本発明は、高集積度で
且つ低漏洩電流の絶縁基板を実現することを可能とす
る。As described above, the present invention makes it possible to realize an insulating substrate having a high degree of integration and a low leakage current.
【図1】本発明に従うシリコン装置メサ及びシリコン・
ダミー・メサを含むSOI基板の断面図である。FIG. 1 is a silicon device mesa and silicon according to the present invention.
It is sectional drawing of the SOI substrate containing a dummy mesa.
【図2】本発明に従う研摩工程を図1に示されている1
つのメサの一方の側を用いて説明する断面図である。FIG. 2 shows a polishing process according to the present invention shown in FIG.
It is sectional drawing demonstrated using the one side of one mesa.
【図3】本発明に従う研摩工程を図1に示されている1
つのメサの一方の側を用いて説明する断面図である。FIG. 3 shows a polishing process according to the present invention shown in FIG.
It is sectional drawing demonstrated using the one side of one mesa.
【図4】本発明に従う研摩工程を図1に示されている1
つのメサの一方の側を用いて説明する断面図である。FIG. 4 shows the polishing process according to the invention shown in FIG.
It is sectional drawing demonstrated using the one side of one mesa.
【図5】本発明に従う研摩工程を図1に示されている1
つのメサの一方の側を用いて説明する断面図である。FIG. 5 shows a polishing process according to the invention as shown in FIG.
It is sectional drawing demonstrated using the one side of one mesa.
【図6】本発明に従う研摩工程を図1に示されている1
つのメサの一方の側を用いて説明する断面図である。FIG. 6 shows a polishing process according to the present invention shown in FIG.
It is sectional drawing demonstrated using the one side of one mesa.
【図7】本発明に従う研摩工程を図1に示されている1
つのメサの一方の側を用いて説明する断面図である。FIG. 7 shows a polishing process according to the present invention as shown in FIG.
It is sectional drawing demonstrated using the one side of one mesa.
【図8】図2乃至7に示されたプロセスに従って平面化
されたメサを有する図1のSOI構造の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the SOI structure of FIG. 1 with mesas planarized according to the process shown in FIGS. 2-7.
【図9】研摩停止層及び装置メサの処理を示す図8のS
OI構造の断面図である。FIG. 9 S of FIG. 8 showing the treatment of the polishing stop layer and the device mesas.
It is sectional drawing of OI structure.
【図10】本発明のプロセスに従って完成されたSOI
構造の断面図である。FIG. 10: SOI completed according to the process of the present invention
It is sectional drawing of a structure.
20・・・・SOI構造 22・・・・基板 24・・・・絶縁層 26・・・・単結晶シリコン層 26A・・・装置メサ 26B・・・ダミー・メサ 27・・・・溝 28・・・・ポリシリコン層 30・・・・窒化シリコン層 32・・・・ポリシリコン層 32A・・・酸化物層 34・・・・窒化シリコンの側壁 20 ... SOI structure 22 ... Substrate 24 ... Insulating layer 26 ... Single crystal silicon layer 26A ... Device mesa 26B ... Dummy mesa 27 ... Groove 28. ... Polysilicon layer 30 ... Silicon nitride layer 32 ... Polysilicon layer 32A ... Oxide layer 34 ... Silicon nitride sidewalls
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・アンソニィ・ジャソ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ヨーク タウン・ハイツ ウィポーウイル・ロード 163 (72)発明者 サブラマニアン・スリカンテスワラ・アイ ヤー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ヨーク タウン・ハイツ セーダ・ロード 3172 (72)発明者 スコット・リチャード・スティフラー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ブルッ クリン 6番アベニュー アパートメント 4 313 (72)発明者 ジェームス・ダグラス・ワーノック アメリカ合衆国 ニューヨーク州 モヒガ ン レイク アイボリィ・ロード 1530 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Mark Anthony Jaso York Town Heights Wipoor Road 163, New York, USA 163 (72) Inventor Sabramanian Slicante Swala Eyer York City Heights Saeda Road, New York, USA 3172 (72) Inventor Scott Richard Stiffler, 6th Avenue Apartment, Brooklyn, New York, USA 4 313 (72) Inventor James Douglas Warnock Mohigan Lake Ivory Road, New York, USA 1530
Claims (8)
板を与え、 半導体材料の複数個の装置メサ及びダミー・メサを含む
複数個のメサを互いに間隔をおいて上記基板の表面上に
形成し、 上記基板の表面上の上記メサ相互間の間隔により規定さ
れる溝内に少なくとも1つの選択された材料の研摩停止
構造を形成し、 上記複数個のメサの厚さを上記研摩停止構造の厚さと同
じにするように,上記複数個のメサを上記研摩停止層ま
で研摩し、 上記装置メサ相互間を互いに電気的に絶縁するように,
上記ダミー・メサを絶縁材料に取り替えることを含む半
導体装置の製造方法。1. An insulating substrate including an insulating material having a flat surface is provided, and a plurality of device mesas of semiconductor material and a plurality of mesas including dummy mesas are formed on the surface of the substrate at intervals. Forming a polish stop structure of at least one selected material in a groove defined on the surface of the substrate by the spacing between the mesas, the plurality of mesas having a thickness of the polish stop structure. Polishing the plurality of mesas to the polishing stop layer to the same thickness, electrically isolating the device mesas from one another,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising replacing the dummy mesa with an insulating material.
工程は,上記ダミー・メサを上記絶縁材料に変える工程
を含む,請求項1の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of replacing the dummy mesa with an insulating material includes the step of replacing the dummy mesa with the insulating material.
工程は,上記研摩停止構造の少なくとも一部分を上記絶
縁材料に同時に変え、上記変えられたダミー・メサ及び
上記変えられた研摩停止構造の少なくとも一部分は上記
絶縁材料の一体層を形成する、請求項2の半導体装置の
製造方法。3. The step of converting the dummy mesas to the insulating material simultaneously converts at least a portion of the polish stop structure to the insulating material, and at least the modified dummy mesas and the modified polish stop structure. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a part of the insulating material forms an integral layer.
一部分を酸化雰囲気内に入れ、上記ダミー・メサ及び上
記研摩停止構造の一部分を酸化物層に変える、請求項3
の半導体装置の製造方法。4. The dummy mesa and a portion of the polish stop structure are placed in an oxidizing atmosphere and the dummy mesa and a portion of the polish stop structure are converted to an oxide layer.
Of manufacturing a semiconductor device of.
サの厚さよりも薄い厚さの上記少なくとも1つの選択さ
れた材料の層を形成し、 上記少なくとも1つの選択された材料の層を、上記複数
個のメサの上面及び側面から除去し、上記少なくとも1
つの選択された材料の層を上記基板の上記溝の表面の上
に残す事を含む、請求項3の半導体装置の製造方法。5. The step of forming the polish stop structure comprises: a layer of at least one selected material having a thickness less than a thickness of the plurality of mesas on the substrate and the plurality of mesas. And removing the at least one layer of selected material from the top and side surfaces of the plurality of mesas.
4. The method of manufacturing a semiconductor device of claim 3, including leaving two layers of selected material on the surface of the trench in the substrate.
一部分を絶縁材料に変える工程は、上記装置メサの上に
耐酸化材料の保護層を形成し,上記装置メサが酸化物に
変えられることを防止する工程を含む、請求項4の半導
体装置の製造方法。6. The step of converting a portion of the dummy mesa and the polishing stop structure into an insulating material comprises forming a protective layer of an oxidation resistant material on the device mesa and converting the device mesa into an oxide. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of preventing
ジ以外に付着され,上記装置メサの上記エッジ部分が上
記酸化物に変えられる、請求項6の半導体装置の製造方
法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the protective layer is applied to a portion other than an edge of the upper surface of the device mesa, and the edge portion of the device mesa is changed to the oxide.
研摩停止構造よりも上記複数個のメサに対して選択的な
研摩材料を用いて上記複数個のメサを化学・機械的に研
摩する、請求項1の半導体装置の製造方法。8. The step of polishing the plurality of mesas comprises chemically and mechanically polishing the plurality of mesas using a polishing material selective to the plurality of mesas over the polishing stop structure. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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